JP6570919B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に係り、更に詳細には、良好な放電容量とサイクル耐久性を有するリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery, and more particularly to a lithium ion secondary battery having good discharge capacity and cycle durability.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池などの電気デバイスの開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of the amount of carbon dioxide has been strongly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV). Electric devices such as secondary batteries for motor drive that hold the key to their practical application. Is being actively developed.

モータ駆動用二次電池としては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用リチウムイオン二次電池と比較して極めて高い出力特性、及び高いエネルギーを有することが求められている。したがって、全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。   As a secondary battery for driving a motor, it is required to have extremely high output characteristics and high energy as compared with a consumer lithium ion secondary battery used in a mobile phone, a notebook personal computer or the like. Therefore, lithium ion secondary batteries having the highest theoretical energy among all the batteries are attracting attention, and are currently being developed rapidly.

リチウムイオン二次電池は、一般に、正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。   In general, a lithium ion secondary battery has a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied on both sides of a positive electrode current collector and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied on both sides of the negative electrode current collector is connected via an electrolyte layer. And has a configuration of being housed in a battery case.

従来、リチウムイオン二次電池の負極には充放電サイクルの寿命やコスト面で有利な炭素・黒鉛系材料が用いられている。
しかし、炭素・黒鉛系の負極材料ではリチウムイオンの黒鉛結晶中への吸蔵・放出により充放電がなされるため、最大リチウム導入化合物であるLiCから得られる理論容量372mAh/g以上の充放電容量が得られないという欠点がある。このため、炭素・黒鉛系負極材料によって車両用途の実用化レベルを満足する容量、エネルギー密度を得るのは困難である。
Conventionally, carbon / graphite-based materials that are advantageous in terms of charge / discharge cycle life and cost have been used for negative electrodes of lithium ion secondary batteries.
However, since carbon / graphite-based negative electrode materials are charged / discharged by occlusion / release of lithium ions into / from graphite crystals, the charge / discharge capacity of the theoretical capacity 372 mAh / g or more obtained from LiC 6 which is the maximum lithium-introduced compound. There is a disadvantage that cannot be obtained. For this reason, it is difficult to obtain a capacity and energy density satisfying a practical level of application for vehicles by using a carbon / graphite negative electrode material.

これに対し、負極にLiと合金化する材料、例えば、珪素(Si)を含む合金や酸化珪素(SiO)を含む材料を負極活物質に用いた電池は、従来の炭素・黒鉛系材料を負極活物質に用いた電池と比較しエネルギー密度が向上するため、車両用途における負極材料として期待されている。   On the other hand, a battery using a negative electrode active material made of a material that forms an alloy with Li, such as an alloy containing silicon (Si) or a material containing silicon oxide (SiO), is used as a negative electrode. Since the energy density is improved as compared with the battery used for the active material, it is expected as a negative electrode material for vehicle use.

特許文献1の特開2014−241263号公報には、負極活物質にSiを含む合金を用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。
Si材料は、充放電において下記の反応式(A)のように1molあたり4.4molのリチウムイオンを吸蔵放出し、Li22Si(=Li4.4Si)においては理論容量2100mAh/gである。さらに、Si重量当りで算出した場合、3200mAh/gもの初期容量を有する。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-241263 of Patent Document 1 discloses a lithium ion secondary battery using an alloy containing Si as a negative electrode active material.
The Si material absorbs and releases 4.4 mol of lithium ions per mol as shown in the following reaction formula (A) in charge and discharge, and the theoretical capacity is 2100 mAh / g in Li 22 Si 5 (= Li 4.4 Si). is there. Furthermore, when calculated per Si weight, it has an initial capacity of 3200 mAh / g.

Figure 0006570919
Figure 0006570919

特開2014−241263号公報JP 2014-241263 A

しかしながら、珪素(Si)を含む合金や酸化珪素(SiO)等のSiを含む負極活物質を用いた電池は、炭素・黒鉛系材料を負極活物質に用いた電池に比して放電容量と充電容量との差、すなわち不可逆容量が大きいという問題がある。一般的に、不可逆容量は放電して充電する第一サイクル目が最も大きく、不可逆容量が大きい負極活物質を用いた電池は初期容量が低下し、エネルギー密度が低下してしまう。   However, a battery using a negative electrode active material containing Si such as an alloy containing silicon (Si) or silicon oxide (SiO) has a discharge capacity and charge compared to a battery using a carbon / graphite-based material as the negative electrode active material. There is a problem that the difference from the capacity, that is, the irreversible capacity is large. In general, the first cycle in which the irreversible capacity is discharged and charged is the largest, and a battery using a negative electrode active material having a large irreversible capacity has a reduced initial capacity and a reduced energy density.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、放電容量とサイクル耐久性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the subject which such a prior art has, The place made into the objective is to provide the lithium ion secondary battery excellent in discharge capacity and cycle durability.

リチウムイオン二次電池は、一般的に、正極電極と、セパレータと、負極電極とを積層した単電池層を複数有する構成を有する。したがって、最外層に位置する単電池層の負極電極は、対向する正極電極を持たない正極非対向面を有する。   A lithium ion secondary battery generally has a configuration having a plurality of single battery layers in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked. Therefore, the negative electrode of the single battery layer located in the outermost layer has a positive electrode non-facing surface that does not have an opposing positive electrode.

そして、両面に負極活物質層を有する負極電極と、片面のみに負極活物質層を有する負極電極とを2種類を作製すること、及び、該2種類の負極電極を発電要素の積層位置に応じて使い分けることが煩雑であることから、上記正極非対向面にも負極活物質層が形成される。   Then, two types of a negative electrode having a negative electrode active material layer on both sides and a negative electrode having a negative electrode active material layer only on one side are prepared, and the two types of negative electrodes are selected according to the stacking position of the power generation element. Therefore, a negative electrode active material layer is also formed on the non-positive electrode non-facing surface.

本発明者らは、上記正極非対向面の負極活物質層の有無と、不可逆容量及びサイクル耐久性低下との関係を調べ、上記正極非対向面の負極活物質層が不可逆容量及びサイクル耐久性低下の原因の一つとなっていることを突き止めた。   The present inventors investigated the relationship between the presence or absence of the negative electrode active material layer on the non-positive electrode surface and the irreversible capacity and cycle durability reduction, and the negative electrode active material layer on the non-positive electrode surface is irreversible capacity and cycle durability. I found out that it was one of the causes of the decline.

具体的には、2つの負極電極間に、正極集電体の両面に正極活物質層を備える正極電極を設けたリチウムイオン二次電池を作製し、正極非対向面にも負極活物質層を形成したリチウムイオン二次電池と、正極非対向面の負極活物質層を除去したリチウムイオン二次電池について、不可逆容量とサイクル耐久性を比較した。評価結果を下記表1に示す。
なお、負極活物質層のSi合金/黒鉛は20/80wt%とした。
Specifically, a lithium ion secondary battery in which a positive electrode provided with a positive electrode active material layer on both sides of a positive electrode current collector is provided between two negative electrode electrodes, and a negative electrode active material layer is also provided on a non-positive electrode facing surface. The irreversible capacity and the cycle durability were compared between the formed lithium ion secondary battery and the lithium ion secondary battery from which the negative electrode active material layer on the non-positive electrode facing surface was removed. The evaluation results are shown in Table 1 below.
The Si alloy / graphite of the negative electrode active material layer was 20/80 wt%.

Figure 0006570919
Figure 0006570919

上記の評価結果から正極非対向面の負極活物質層を除去することで、放電容量及びサイクル耐久性を向上させることができる。しかし、珪素(Si)を含む負極活物質層は、負極活物質層と集電体とが強固に接着されるため、上記負極活物質層を除去することは困難である。   The discharge capacity and cycle durability can be improved by removing the negative electrode active material layer on the non-positive electrode facing surface from the above evaluation results. However, since the negative electrode active material layer containing silicon (Si) is firmly bonded to the negative electrode active material layer and the current collector, it is difficult to remove the negative electrode active material layer.

すなわち、珪素(Si)を含む負極活物質層は、充放電に伴う膨張収縮が大きいものである。例えば、黒鉛材料を用いた負極活物質層がリチウムイオンを吸蔵した場合の体積膨張は、1.2倍であるのに対し、Si材料を用いた負極活物質層ではSiとLiが合金化する際、アモルファス状態から結晶状態へ転移し、約4倍もの大きな体積変化を起こす。   That is, the negative electrode active material layer containing silicon (Si) has a large expansion / contraction due to charge / discharge. For example, the volume expansion when a negative electrode active material layer using a graphite material occludes lithium ions is 1.2 times, whereas Si and Li are alloyed in a negative electrode active material layer using a Si material. At the same time, the transition from the amorphous state to the crystalline state causes a large volume change of about 4 times.

したがって、Si材料を用いた負極活物質層は、集電体からの負極活物質層の脱落を防止するため、負極活物質層と集電体とが強固に接着され、生産時における短いタクトタイムで上記負極活物質層を完全に除去することは極めて難しい。   Therefore, the negative electrode active material layer using the Si material has a short tact time during production because the negative electrode active material layer and the current collector are firmly bonded to prevent the negative electrode active material layer from falling off the current collector. Therefore, it is extremely difficult to completely remove the negative electrode active material layer.

加えて、車載用電池としては高いエネルギー密度を担保するために、電極積層型の外装ラミネート構造の電池を使用することが多く、上記正極非対向面の負極活物質層による外的衝撃等に対する発電要素の保護も無視できない。   In addition, in order to ensure a high energy density, an in-vehicle battery often uses a battery with an electrode laminate type exterior laminate structure, and generates power against an external impact or the like by the negative electrode active material layer on the non-positive electrode facing surface. Element protection cannot be ignored.

そこで、本発明者らは、さらに検討し、正極非対向面に負極活物質層が存在する場合であっても、該負極活物質層を充放電反応の系外に出すことで、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   Therefore, the present inventors have further studied, and even when a negative electrode active material layer is present on the non-positive electrode facing surface, the negative electrode active material layer is taken out of the charge / discharge reaction system to achieve the above object. The inventors have found that this can be achieved and have completed the present invention.

すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池は、集電体の両面に負極活物質層を有する負極電極と、該負極活物質層と対向する正極電極と、非水電解液とを備え、上記負極活物質が珪素を0.5〜15質量%含むものである。
そして、上記負極電極が対向する正極電極を持たない正極非対向面を有し、該正極非対向面の負極活物質層が電解液忌避層を備え、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの重量比が1:2の混合溶媒を含む非水電解液に対する接触角が25°以上であることを特徴とする。
That is, the lithium ion secondary battery of the present invention includes a negative electrode having a negative electrode active material layer on both sides of a current collector, a positive electrode facing the negative electrode active material layer, and a non-aqueous electrolyte, and the negative electrode The active material contains 0.5 to 15% by mass of silicon.
The negative electrode has a positive electrode non-opposing surface that does not have an opposing positive electrode, the negative electrode active material layer on the non-positive electrode non-opposing surface has an electrolyte repellent layer, and the weight ratio of ethylene carbonate to diethyl carbonate is 1 : The contact angle with respect to the non-aqueous electrolyte containing the mixed solvent of 2 is 25 degrees or more, It is characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、負極電極の正極非対向面に形成された負極活物質層に電解液忌避層を設けることとしたため、初期容量の低下が防止され、サイクル耐久性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the present invention, since the electrolyte repellent layer is provided on the negative electrode active material layer formed on the positive electrode non-facing surface of the negative electrode, a reduction in initial capacity is prevented, and the lithium ion secondary battery having excellent cycle durability Can be provided.

本発明のリチウムイオン二次電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the lithium ion secondary battery of this invention.

本発明のリチウムイオン二次電池を詳細に説明する。
以下、非双極型の積層型リチウムイオン二次電池を例に説明するが、本発明は、双極型の積層型リチウムイオン二次電池や、捲回型のリチウムイオン二次電池にも適用できる。
図1は、積層型リチウムイオン二次電池の基本構成を模式的に表した断面概略図である。
The lithium ion secondary battery of the present invention will be described in detail.
Hereinafter, a non-bipolar stacked lithium ion secondary battery will be described as an example, but the present invention can also be applied to a bipolar stacked lithium ion secondary battery and a wound lithium ion secondary battery.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the basic configuration of a stacked lithium ion secondary battery.

図1に示すように、積層型リチウムイオン二次電池1は、実際に充放電反応が進行する発電要素10が、電池外装体20の内部に封止された構造を有する。
上記発電要素10は、正極電極12と、セパレータ11と、負極電極13とを順に積層した単電池を複数積層した構成を有している。
なお、上記セパレータ11は、正極電極12と負極電極13との接触を防止するものであり、非水電解液14を保持している。
As shown in FIG. 1, the stacked lithium ion secondary battery 1 has a structure in which a power generation element 10 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a battery outer package 20.
The power generation element 10 has a configuration in which a plurality of unit cells in which a positive electrode 12, a separator 11, and a negative electrode 13 are sequentially stacked are stacked.
The separator 11 prevents contact between the positive electrode 12 and the negative electrode 13 and holds a non-aqueous electrolyte solution 14.

上記正極電極12は、正極集電体121の両面に正極活物質層122が配置された構造を有し、上記負極電極13も、正極電極12と同様に、負極集電体131の両面に負極活物質層132が配置された構造を有する。
具体的には、正極活物質層122と、これに隣接する負極活物質層132とが、セパレータ11を介して対向するようにして、負極電極13、セパレータ11および正極電極12がこの順に積層されて、正極電極12、セパレータ11、及び負極電極13が、1つの単電池層を構成する。
したがって、図3示すリチウムイオン二次電池1は、単電池層が複数積層されることで、電気的に並列接続された構成を有している。
The positive electrode 12 has a structure in which a positive electrode active material layer 122 is disposed on both surfaces of a positive electrode current collector 121, and the negative electrode 13 has a negative electrode on both surfaces of a negative electrode current collector 131, similar to the positive electrode 12. The active material layer 132 is disposed.
Specifically, the negative electrode 13, the separator 11, and the positive electrode 12 are laminated in this order so that the positive electrode active material layer 122 and the negative electrode active material layer 132 adjacent to the positive electrode active material layer 122 face each other with the separator 11 interposed therebetween. Thus, the positive electrode 12, the separator 11, and the negative electrode 13 constitute one single cell layer.
Therefore, the lithium ion secondary battery 1 shown in FIG. 3 has a configuration in which a plurality of single battery layers are stacked and electrically connected in parallel.

そして、最外層に位置する単電池層の負極電極13にも、負極集電体131の両面に負極活物質層132が設けられ、対向する正極電極を持たない負極活物質層を有する。   And the negative electrode 13 of the single battery layer located in the outermost layer also has a negative electrode active material layer 132 on both surfaces of the negative electrode current collector 131 and has a negative electrode active material layer that does not have an opposing positive electrode.

上記正極集電体121及び負極集電体131は、正極電極と導通される正極タブ123、及び負極電極と導通される負極タブ133がそれぞれ取り付けられ、電池外装体20の端部に挟まれるようにして電池外装体20の外部に導出される構造を有している。   The positive electrode current collector 121 and the negative electrode current collector 131 have a positive electrode tab 123 connected to the positive electrode and a negative electrode tab 133 connected to the negative electrode, respectively, and are sandwiched between the end portions of the battery outer package 20. Thus, it has a structure led out to the outside of the battery outer package 20.

本発明のリチウムイオン二次電池は、上記正極非対向面の負極活物質層132が電解液忌避層134を備える。上記電解液忌避層134は、非水電解液14と正極非対向負極活物質層132aとの接触を妨げ、該正極非対向面の負極活物質層の電池反応を防止するものである。上記電解液忌避層134は、負極活物質層の表面に設けられてもよく、負極活物質層を構成する合剤粒子表面に形成されていてもよい。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, the negative electrode active material layer 132 on the non-positive electrode facing surface includes an electrolyte repellent layer 134. The electrolyte repellent layer 134 prevents contact between the non-aqueous electrolyte 14 and the positive electrode non-opposing negative electrode active material layer 132a, and prevents a battery reaction of the negative electrode active material layer on the non-positive electrode non-facing surface. The electrolyte solution repellent layer 134 may be provided on the surface of the negative electrode active material layer, or may be formed on the surface of the mixture particles constituting the negative electrode active material layer.

上記電解液忌避層134は、フッ素プラズマ処理、樹脂被覆、表面微細凹凸加工により形成することができる。なかでも、上記フッ素プラズマ処理は、重量及び体積が増加することを防止できるため、エネルギー密度の減少を抑制できる。さらに、反応ガスが負極活物質層の空隙に入りこんで、負極活物質層を構成する合剤粒子表面の非水電解液に対する親和性を低下させ、負極活物質と非水電解液との接触を確実に防止できる。   The electrolyte repellent layer 134 can be formed by fluorine plasma treatment, resin coating, and surface fine unevenness processing. Especially, since the said fluorine plasma process can prevent an increase in a weight and volume, it can suppress the reduction | decrease in an energy density. Further, the reaction gas enters the voids of the negative electrode active material layer, reduces the affinity of the surface of the mixture particles constituting the negative electrode active material layer to the non-aqueous electrolyte, and makes contact between the negative electrode active material and the non-aqueous electrolyte. It can be surely prevented.

フッ素プラズマ処理は、フッ素またはフッ素化合物を含む反応ガスを導入しながらプラズマ照射をするものである。上記フッ素プラズマ処理することで上記合剤粒子表面に、フッ素原子またはフッ素化合物分子が導入されて電界解液忌避層が形成される。そして、電界解液忌避層がフッ素含有基を有することで、非水電解液に対して非親和性を示すようになり、非水電解液との接触が防止される。   In the fluorine plasma treatment, plasma irradiation is performed while introducing a reactive gas containing fluorine or a fluorine compound. By performing the fluorine plasma treatment, fluorine atoms or fluorine compound molecules are introduced onto the surface of the mixture particles to form an electric field solution repellent layer. And since an electric field solution repelling layer has a fluorine-containing group, it comes to show non-affinity with respect to a non-aqueous electrolyte, and a contact with a non-aqueous electrolyte is prevented.

上記フッ素またはフッ素化合物を含むガスとしては、例えば、CF、CHF、C、SF、NF等のハロゲンガスを挙げることができ、なかでもCFであることが好ましい。 Examples of the gas containing fluorine or a fluorine compound include halogen gases such as CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , SF 6 , and NF 3 , among which CF 4 is preferable.

上記プラズマ処理は、ガス圧力と照射時間で制御することができ、減圧雰囲気下でプラズマ照射をする減圧プラズマ処理であっても、大気圧雰囲気下でプラズマ照射をする大気圧プラズマ処理であってもよいが、減圧雰囲気下で行う減圧プラズマ処理の方が、フッ素ガス濃度を高めることができ、より高い効果が得られる。
ガス圧力は0.05Pa〜200Paであることが好ましく、10〜150Paであることがより好ましい。また、プラズマの照射時間は、1〜20秒であることが好ましい。
なお、プラズマ照射により導入されるフッ素原子の定量は、X線光電子分光法によって行うことができる。
The plasma treatment can be controlled by the gas pressure and the irradiation time. Even if the plasma treatment is a low-pressure plasma treatment in which plasma is radiated in a reduced-pressure atmosphere, or an atmospheric pressure plasma treatment in which plasma is radiated in an atmospheric pressure atmosphere, Although the reduced pressure plasma treatment performed in a reduced pressure atmosphere can increase the fluorine gas concentration, a higher effect can be obtained.
The gas pressure is preferably 0.05 Pa to 200 Pa, and more preferably 10 to 150 Pa. The plasma irradiation time is preferably 1 to 20 seconds.
The fluorine atom introduced by plasma irradiation can be quantified by X-ray photoelectron spectroscopy.

上記フッ素プラズマ処理された負極活物質層の非水電解液に対する接触角は、25°以上であることが好ましく、40°以上であることがより好ましい。
上記接触角が25°以上であることで、非水電解液との接触が防止される。
The contact angle of the negative electrode active material layer subjected to the fluorine plasma treatment with respect to the non-aqueous electrolyte is preferably 25 ° or more, and more preferably 40 ° or more.
When the contact angle is 25 ° or more, contact with the non-aqueous electrolyte is prevented.

上記樹脂被覆は、負極活物質層の表面を覆い、非水電解液を浸透させずに、負極活物質層と非水電解液との接触を防止するものであり、上記負極活物質層の表面を樹脂で塗工したものや、上記負極活物質層の表面に貼られた樹脂テープを挙げることができる。   The resin coating covers the surface of the negative electrode active material layer and prevents contact between the negative electrode active material layer and the non-aqueous electrolyte solution without allowing the non-aqueous electrolyte solution to penetrate. And a resin tape affixed to the surface of the negative electrode active material layer.

上記塗工に用いる樹脂としては、非水電解液に膨潤又は溶解しないものを使用することができ、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、シリコン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール、ポリイミド等を挙げることができる。   As the resin used for the coating, those that do not swell or dissolve in the non-aqueous electrolyte can be used. For example, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, silicon resin, polytetrafluoro Examples include ethylene, polyetheretherketone, polyacetal, and polyimide.

塗工する樹脂層の厚さとしては、負極活物質層と非水電解液との接触を防止できればよく特に制限はないが、エネルギー密度の観点から、1〜5μmであることが好ましい。   The thickness of the resin layer to be applied is not particularly limited as long as it can prevent contact between the negative electrode active material layer and the non-aqueous electrolyte, but is preferably 1 to 5 μm from the viewpoint of energy density.

上記塗工方法としては、スプレーコート法、ナイフコーティング法、ビードコート法、リングコート法などが挙げられる。   Examples of the coating method include spray coating, knife coating, bead coating, and ring coating.

上記樹脂テープの基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、シリコン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール、ポリイミド等を挙げることができる。   Examples of the base material of the resin tape include polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, silicon resin, polytetrafluoroethylene, polyetheretherketone, polyacetal, and polyimide.

また、樹脂テープの粘着剤としては、電解液に溶解又は分解することなく、かつ電解液に接触しても、負極活物質層から剥離しない限り特に制限されず、接着後に架橋するもの等を使用できる。例えば、アクリル酸ブチルなどのアクリル酸アルキルエステルモノマーと、アクリル酸ヒドロキシエチルなどの官能基含有モノマーとの共重合体を架橋したアクリル系接着剤等が挙げられる。   In addition, the adhesive for the resin tape is not particularly limited as long as it does not dissolve or decompose in the electrolytic solution, and does not peel from the negative electrode active material layer even if it comes into contact with the electrolytic solution. it can. Examples thereof include an acrylic adhesive obtained by crosslinking a copolymer of an acrylic acid alkyl ester monomer such as butyl acrylate and a functional group-containing monomer such as hydroxyethyl acrylate.

上記表面微細凹凸加工は、負極活物質層の表面に微細な凹凸を形成し、表面表力を高めて非水電解液を撥くものであり、エキシマレーザー等により加工することができる。   The surface fine concavo-convex processing is to form fine concavo-convex on the surface of the negative electrode active material layer, increase the surface surface force and repel non-aqueous electrolyte, and can be processed by an excimer laser or the like.

以下、各部材について説明する。
<負極電極>
負極電極は、集電体表面に負極活物質層を形成したものであり、負極活物質層はバインダによって集電体に結着される。
上記負極活物質層は、必要に応じて、導電助剤、リチウム塩、イオン伝導性ポリマー等、その他の添加剤をさらに含んでもよい。
Hereinafter, each member will be described.
<Negative electrode>
The negative electrode has a negative electrode active material layer formed on the current collector surface, and the negative electrode active material layer is bound to the current collector by a binder.
The negative electrode active material layer may further include other additives such as a conductive additive, a lithium salt, and an ion conductive polymer, as necessary.

(1)負極活物質
負極活物質としては、珪素(Si)を含み、リチウムを吸蔵、放出可能な活物質を用いることができる。Si合金および/またはSiOを含む活物質は、従来の炭素・黒鉛系負極材料と比較しエネルギー密度が向上するため、高容量化を図ることができ、車両用途における負極材料として好適である。
(1) Negative electrode active material As the negative electrode active material, an active material containing silicon (Si) and capable of inserting and extracting lithium can be used. Since an active material containing Si alloy and / or SiO has an energy density higher than that of a conventional carbon / graphite negative electrode material, the capacity can be increased, and it is suitable as a negative electrode material for vehicle applications.

(a)Siを含む合金
Siを含む合金としては、炭素・黒鉛系負極材料と比較しエネルギー密度が向上するものであれば、特に制限されるものはなく、Si−M(Mは、少なくとも1種の金属元素)合金等を利用することができる。
(A) Si-containing alloy The Si-containing alloy is not particularly limited as long as the energy density is improved as compared with the carbon / graphite negative electrode material, and Si-M (M is at least 1). Seed metal elements) alloys and the like can be used.

Si−M合金としては、例えば、Si−Ti系合金、Si−Cu系合金、Si−Sn系合金、Si−Al系合金、Si−V系合金、Si−C系合金、Si−Ge系合金、Si−Zn系合金、Si−Nb系合金、Si−Ag系合金、Si−Au系合金、Si−Bi系合金、Si−Cd系合金、Si−Co系合金、Si−Cr、Si−Fe系合金、Si−In系合金、Si−Mg系合金、Si−Mn系合金、Si−Mo系合金、Si−Ni系合金、Si−Pb系合金、Si−Pt系合金、Si−Sb系合金、Si−W系合金等の2元系Si合金。
さらにはSi−Sn−M系合金(Mは、Al、V、Cの少なくとも1種)、Si−Ti−M系合金(Mは、Ge、Sn、Znの少なくとも1種)、Si−Zn−M系合金(Mは、V、Sn、Al、Cの少なくとも1種)、Si−Al−M系合金(Mは、C、Nbの少なくとも1種)等の3元系Si合金等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。
例えば、Si−Sn−Ti系合金はアモルファスになっており、Li挿入脱離に伴う構造変化が少なく、電池性能に優れている点で好ましいなど、合金ごとに、エネルギー密度が向上する以外にも優れた特性を有する。
Examples of the Si-M alloy include Si-Ti alloys, Si-Cu alloys, Si-Sn alloys, Si-Al alloys, Si-V alloys, Si-C alloys, Si-Ge alloys. Si-Zn alloy, Si-Nb alloy, Si-Ag alloy, Si-Au alloy, Si-Bi alloy, Si-Cd alloy, Si-Co alloy, Si-Cr, Si-Fe Alloy, Si-In alloy, Si-Mg alloy, Si-Mn alloy, Si-Mo alloy, Si-Ni alloy, Si-Pb alloy, Si-Pt alloy, Si-Sb alloy Binary Si alloys such as Si-W alloys.
Furthermore, a Si—Sn—M alloy (M is at least one of Al, V, and C), a Si—Ti—M alloy (M is at least one of Ge, Sn, and Zn), Si—Zn—. Use ternary Si alloys such as M-based alloys (M is at least one of V, Sn, Al, and C), Si-Al-M alloys (M is at least one of C and Nb), and the like. However, it is not limited to these.
For example, Si—Sn—Ti alloys are amorphous, and are preferable in terms of excellent battery performance, with little structural change associated with Li insertion and desorption. Has excellent properties.

(b)SiO(の合成方法)
また、上記SiOの製造方法としては、特に制限されるものではなく、従来公知の方法を適宜利用することができる。
(B) SiO (synthesis method)
The method for producing the SiO is not particularly limited, and a conventionally known method can be appropriately used.

例えば、酸化珪素(SiO)粉末の製造方法として、二酸化珪素系酸化物粉末からなる混合原料物を減圧非酸化性雰囲気中で熱処理し、SiO蒸気を発生させ、このSiO蒸気を気相中で凝縮させて、0.1μm以下の微細アモルファス状のSiO粉末を連続的に製造する方法(特開昭63−103815号公報)や、原料珪素を加熱蒸発させて、表面組織を粗とした基体の表面に蒸着させる方法(特開平9−110412号公報)などが挙げられるが、これらに何ら制限されるものではない。   For example, as a method for producing silicon oxide (SiO) powder, a mixed raw material made of silicon dioxide-based oxide powder is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere under reduced pressure to generate SiO vapor, which is condensed in the gas phase. And a method of continuously producing a fine amorphous SiO powder of 0.1 μm or less (Japanese Patent Laid-Open No. 63-103815), or by heating and evaporating raw material silicon to roughen the surface texture of the substrate surface The method of vapor deposition (JP-A-9-110412) and the like are mentioned, but are not limited thereto.

これらの他にも、原料としてSi粉末とSiO粉末とを所定の割合で配合し、混合、造粒および乾燥した混合造粒原料を、不活性ガス雰囲気で加熱(830℃以上)または真空中で加熱(1100℃以上1600℃以下)してSiOを生成(昇華)させる。
昇華により発生した気体状のSiOを析出基体上(基体の温度は450℃以上800℃以下)に蒸着させ、SiO析出物を析出させる。
その後、析出基体からSiO析出物を取り外し、ボールミル等を使用して粉砕することによりSiO粉末が得られる。
ここで、SiOのxは、1.0≦x≦1.1の範囲である。なお、SiO自体は不安定であるためすぐに不均化しSiとSiOとなるので、SiOとは微結晶のSiとSiOが混在した状態となっている。SiとSiO量が同量の場合がx=1となるが、少しSiO量が多くなる傾向があるので、上記したように1.0≦x≦1.1となる。
本発明では、SiとO(乃至SiO)が同量程度の材料を総じてSiOと記載している。
In addition to these, Si powder and SiO 2 powder are blended at a predetermined ratio as raw materials, and mixed, granulated and dried mixed granulated raw materials are heated in an inert gas atmosphere (830 ° C. or higher) or in vacuum Is heated (1100 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower) to generate (sublimate) SiO.
Gaseous SiO generated by sublimation is vapor-deposited on the deposition substrate (substrate temperature is 450 ° C. or more and 800 ° C. or less) to deposit SiO precipitates.
Thereafter, the SiO x powder is obtained by removing the SiO deposit from the deposition substrate and pulverizing it using a ball mill or the like.
Here, x of SiO x is in the range of 1.0 ≦ x ≦ 1.1. Since SiO itself is unstable, it immediately disproportionates to Si and SiO 2 , so that SiO is in a state where microcrystalline Si and SiO 2 are mixed. When the amount of Si and SiO 2 is the same, x = 1, but since the amount of SiO 2 tends to increase slightly, 1.0 ≦ x ≦ 1.1 as described above.
In the present invention, materials having the same amount of Si and O (or SiO 2 ) are collectively described as SiO.

なお、SiO粉末のxの値は蛍光X線分析により求めることができる。例えば、O−Ka線を用いた蛍光X線分析でのファンダメンタルパラメータ法を用いて求めることができる。
蛍光X線分析には、例えば、理学電機工業(株)製RIX3000を用いることができる。蛍光X線分析の条件としては、例えば、ターゲットにロジウム(Rh)を用い、管電圧50kV、管電流50mAとすればよい。ここで得られるx値は、基板上の測定領域で検出されるO−Ka線の強度から算出されるため、測定領域の平均値となる。
The x value of the SiO x powder can be determined by fluorescent X-ray analysis. For example, it can be obtained by using a fundamental parameter method in fluorescent X-ray analysis using O-Ka rays.
For the X-ray fluorescence analysis, for example, RIX3000 manufactured by Rigaku Corporation can be used. As conditions for the fluorescent X-ray analysis, for example, rhodium (Rh) may be used as a target, the tube voltage may be 50 kV, and the tube current may be 50 mA. Since the x value obtained here is calculated from the intensity of the O-Ka line detected in the measurement region on the substrate, it becomes an average value of the measurement region.

(c)「Siを含む合金および/またはSiO」の含有量およびBET比表面積
本発明では、負極活物質について、負極活物質層中の「Siを含む合金および/またはSiO」(Si活物質ともいう)の含有量は、0.5質量%以上が好ましい。これは負極活物質層中のSi活物質(Siを含む合金やSiO)量が上記要件を満足していれば、Si活物質とバインダとの結合が少なくなることもなく、所望の効果(サイクル耐久性、特に放電容量維持率の向上効果)を十分に発揮し得るためである。
(C) Content of “Si-containing alloy and / or SiO” and BET specific surface area In the present invention, regarding the negative electrode active material, “Si-containing alloy and / or SiO” (also referred to as Si active material) in the negative electrode active material layer. Content) is preferably 0.5% by mass or more. If the amount of Si active material (an alloy containing Si or SiO) in the negative electrode active material layer satisfies the above requirements, the desired effect (cycle) can be achieved without reducing the bond between the Si active material and the binder. This is because the durability, particularly the effect of improving the discharge capacity retention ratio, can be sufficiently exhibited.

高容量とサイクル耐久性をバランスできるSi活物質の含有量としては、0.5〜15質量%であることが好ましく、5〜10質量%の範囲であることがより好ましい。   As content of Si active material which can balance high capacity | capacitance and cycling durability, it is preferable that it is 0.5-15 mass%, and it is more preferable that it is the range of 5-10 mass%.

Siを含む合金および/またはSiO(Si活物質)のBET比表面積は、1m/g以上が好ましい。これは、BET比表面積が上記要件を満足する大きさを有していれば、Si活物質(Siを含む合金やSiO)粒子表面の水酸基数が少なくなることもなく、所望の効果(サイクル耐久性、特に放電容量維持率の向上効果)を十分に発揮し得るためである。
ただし、BET比表面積は小さすぎるとLi挿入脱離が困難となりレート特性の悪化につながる。逆に大きすぎると電解液との接触面積が大きくなり分解しやすくなるため、1〜20m/gであることが好ましく、2〜15m/gの範囲であることがより好ましい。
The BET specific surface area of the alloy containing Si and / or SiO (Si active material) is preferably 1 m 2 / g or more. If the BET specific surface area has a size that satisfies the above requirements, the number of hydroxyl groups on the surface of the Si active material (alloy containing Si or SiO) particles will not decrease, and the desired effect (cycle durability) This is because, in particular, the effect of improving the discharge capacity maintenance rate can be sufficiently exhibited.
However, if the BET specific surface area is too small, Li insertion / desorption becomes difficult, leading to deterioration of rate characteristics. The area of contact if it is too large and the electrolyte solution is easily becomes decomposed large, is preferably 1-20 m 2 / g, and more preferably in the range of 2 to 15 m 2 / g.

なお、BET比表面積については、マイクロメリテイクス製の細孔分布測定装置ASAP−2020を用いて、クリプトン吸着BET多点法により測定することができる。   The BET specific surface area can be measured by a krypton adsorption BET multipoint method using a pore distribution measuring device ASAP-2020 manufactured by Micromeritics.

また、上記Siを含む合金やSiO等のSi活物質は、市販のものを用いてもよいし、作製したものを用いてもよく、特に制限されるものではない。   The Si-containing alloy or Si active material such as SiO may be a commercially available material or a produced material, and is not particularly limited.

(d)「Siを含む合金および/またはSiO」以外の負極活物質
本発明の負極活物質は、Siを含む合金および/またはSiOを含む負極活物質であればよく、上記したSiを含む合金やSiO以外にも、本発明の作用効果を損なわない範囲内で既存の活物質材料を利用することができる。
(D) Negative electrode active material other than “alloy containing Si and / or SiO” The negative electrode active material of the present invention may be an alloy containing Si and / or a negative electrode active material containing SiO. In addition to SiO and SiO, existing active material materials can be used within a range that does not impair the effects of the present invention.

例えば、黒鉛(グラファイト)、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素・黒鉛系負極材料、チタン酸リチウム、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、LiTi12)、金属材料、リチウム合金系負極材料などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質を併用してもよい。容量、出力特性の観点から、炭素・黒鉛系負極材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物を負極活物質として併用することが好ましい。 For example, carbon / graphite negative electrode materials such as graphite (graphite), soft carbon, hard carbon, lithium titanate, lithium-transition metal composite oxide (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), metal material, lithium alloy negative electrode Materials and the like. In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination. From the viewpoints of capacity and output characteristics, it is preferable to use a carbon / graphite negative electrode material or a lithium-transition metal composite oxide in combination as the negative electrode active material.

特に、電池性能面から好ましいのは黒鉛であり、層状構造となっているためLi挿入脱離に伴う構造が安定化される等、サイクル耐久性(放電容量維持率の向上効果)の点でも優れている。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。   In particular, graphite is preferable from the viewpoint of battery performance, and since it has a layered structure, the structure accompanying Li insertion / extraction is stabilized, and it is excellent in terms of cycle durability (improvement of discharge capacity retention rate). ing. Of course, negative electrode active materials other than those described above may be used.

(e)「Siを含む合金および/またはSiO」以外の負極活物質の含有量
上記した負極活物質層中のSi活物質以外の活物質(炭素・黒鉛系負極材料)の含有量は、50〜99質量%が好ましく、より好ましくは70〜97質量%、特に好ましくは80〜95質量%である。
かかる範囲であれば、本発明の作用効果を損なうことなく、サイクル耐久性、特に放電容量維持率の向上効果を十分に発揮し得るためである。さらに、Si活物質以外の活物質の含有量が、50質量%以上であれば、所望の充放電容量を付与することができる。99質量%以下であれば、単位体積当たり充放電容量を高めることができ、負極、ひいてはリチウムイオン二次電池等の電気デバイスの小型軽量化に大いに寄与し得るものである。
(E) Content of negative electrode active material other than “Si-containing alloy and / or SiO” Content of the active material (carbon / graphite negative electrode material) other than Si active material in the negative electrode active material layer described above is 50 -99 mass% is preferable, More preferably, it is 70-97 mass%, Most preferably, it is 80-95 mass%.
This is because, within such a range, the effect of improving the cycle durability, particularly the discharge capacity retention rate, can be sufficiently exhibited without impairing the operational effects of the present invention. Furthermore, if content of active materials other than Si active material is 50 mass% or more, desired charging / discharging capacity | capacitance can be provided. If it is 99% by mass or less, the charge / discharge capacity per unit volume can be increased, and this can greatly contribute to the reduction in size and weight of electrical devices such as negative electrodes and eventually lithium ion secondary batteries.

(f)負極活物質の平均粒子径
負極活物質層に含まれるSi活物質(Siを含む合金やSiO)の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは0.5〜10μm、より好ましくは0.5〜5μmの範囲であることが好ましい。
Si活物質の平均粒子径が、0.5μm以上であれば、粒子径が小さすぎることがないため、電解液との反応が過剰となることもなく、電解液の分解量を格段に抑える(無くす)ことができる点で優れている。
また、Si活物質の平均粒子径は、大きい方がよいことになる。ただし、大きすぎると内部へのLi拡散が難しくなり、性能が低下する。そこで、Si活物質の平均粒子径が、10μm以下であれば、粒子径が大きすぎることがないため、充放電時の膨張による粒子の割れが発生するのを防止(抑制)することができ、また、活物質内部へのLi拡散もし易くなり、電池性能の向上を図ることができる点で優れている。
(F) Average particle size of negative electrode active material The average particle size of the Si active material (Si-containing alloy or SiO) contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited. It is preferable to be in the range of 5 to 10 μm, more preferably 0.5 to 5 μm.
If the average particle size of the Si active material is 0.5 μm or more, the particle size is not too small, and the reaction with the electrolytic solution does not become excessive, and the amount of decomposition of the electrolytic solution is remarkably suppressed ( It is excellent in that it can be eliminated.
Moreover, the one where the average particle diameter of Si active material is larger is better. However, if it is too large, it is difficult to diffuse Li into the interior, and the performance is deteriorated. Therefore, if the average particle size of the Si active material is 10 μm or less, the particle size is not too large, so that it is possible to prevent (suppress) the occurrence of particle cracking due to expansion during charge / discharge, Further, it is easy to diffuse Li into the active material, which is excellent in that the battery performance can be improved.

ここで、Si活物質の平均粒子径は、例えば、SEM(走査型電子顕微鏡)観察、TEM(透過型電子顕微鏡)観察などにより粒度分析(測定)することができる。
なお、Si活物質粉末(粒子)またはその断面の中には、球状ないし円形状(断面形状)ではなく、縦横比(アスペクト比)が違う不定形状の粉末が含まれている場合もある。
したがって、上記でいう平均粒子径は、Si活物質粉末の形状(ないしその断面形状)が一様でないことから、観察画像内の各Si活物質粉末の切断面形状の絶対最大長の平均値で表すものとする。絶対最大長とは、Si活物質粉末(ないしその断面形状)の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の長さをいう。なお、他の平均粒子径(二次粒子の場合もある)の測定方法についても、同様にして求めることができる。
Here, the average particle diameter of the Si active material can be subjected to particle size analysis (measurement) by, for example, SEM (scanning electron microscope) observation or TEM (transmission electron microscope) observation.
In some cases, the Si active material powder (particles) or the cross section thereof includes a powder having an indefinite shape having a different aspect ratio (aspect ratio) instead of a spherical or circular shape (cross sectional shape).
Therefore, the average particle diameter mentioned above is the average value of the absolute maximum length of the cut surface shape of each Si active material powder in the observation image because the shape (or its cross-sectional shape) of the Si active material powder is not uniform. It shall represent. The absolute maximum length means the maximum length among the distances between any two points on the contour line of the Si active material powder (or its cross-sectional shape). In addition, it can obtain | require similarly about the measuring method of another average particle diameter (it may be a secondary particle).

負極活物質層に含まれるSi活物質(Siを含む合金やSiO)以外の活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは5〜20μm、より好ましくは5〜10μmの範囲である。Si活物質以外の活物質(黒鉛・炭素系材料など)の平均粒子径が、5μm以上であれば、粒子径が小さすぎることがないため、電解液との反応が過剰となることもなく、電解液の分解量を格段に抑える(無くす)ことができ、必要となるバインダ量も少なくすることができる点で優れている。   The average particle diameter of the active material other than the Si active material (Si-containing alloy or SiO) contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 5 to 20 μm, more preferably 5 from the viewpoint of increasing the output. It is in the range of 10 μm. If the average particle size of the active material other than the Si active material (graphite / carbon-based material, etc.) is 5 μm or more, the particle size will not be too small, and the reaction with the electrolytic solution will not be excessive. It is excellent in that the amount of decomposition of the electrolytic solution can be remarkably suppressed (eliminated) and the amount of binder required can be reduced.

また、Si活物質以外の活物質(黒鉛・炭素系材料など)の平均粒子径は、大きい方がよいことになる。ただし、大きすぎると内部へのLi拡散が難しくなり、性能が低下する。そこで、Si活物質以外の活物質(黒鉛・炭素系材料など)の平均粒子径が20μm以下であれば、活物質内部へのLi拡散もし易くなり、電池性能の向上を図ることができる点で優れている。   Further, it is better that the average particle diameter of the active material (graphite / carbon-based material, etc.) other than the Si active material is larger. However, if it is too large, it is difficult to diffuse Li into the interior, and the performance is deteriorated. Therefore, if the average particle size of the active material other than the Si active material (graphite, carbon-based material, etc.) is 20 μm or less, it is easy to diffuse Li into the active material, and the battery performance can be improved. Are better.

(2)バインダ
バインダは、活物質同士または活物質と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。
負極活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミド等を挙げることができ、1種単独で用いてもよいし、2種併用してもよい。
中でも、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)とカルボキシメチルセルロース(CMC)とを含むものや、ポリイミド樹脂を含むものであることが好ましい。
(2) Binder The binder is added for the purpose of maintaining the electrode structure by binding the active materials or the active material and the current collector.
Although it does not specifically limit as a binder used for a negative electrode active material layer, For example, the following materials are mentioned. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, polyamideimide, cellulose, carboxymethylcellulose (CMC), ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene / butadiene Rubber (SBR), isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof, styrene / isoprene / styrene block copolymer and Thermoplastic polymers such as hydrogenated products, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene hexafluoropropylene Copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene Fluororesin such as copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluorine Rubber (VDF-HFP-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-teto Fluoroethylene fluororubber (VDF-PFP-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluororubber (VDF-PFMVE-TFE fluororubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene Vinylidene fluoride-based fluororubbers such as epoxy-based fluororubbers (VDF-CTFE-based fluororubbers), and epoxy resins. Among these, polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene / butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, polyamide, polyamideimide, and the like can be used. May be.
Especially, it is preferable that it is what contains a styrene-butadiene rubber (SBR) and carboxymethylcellulose (CMC), and a polyimide resin.

スチレン−ブタジエンゴム(SBR)とカルボキシメチルセルロース(CMC)とを含むものは、高い弾性力有し電極が膨張収縮しても構造を保持することができ、サイクル耐久性を向上させることができる。   Those containing styrene-butadiene rubber (SBR) and carboxymethylcellulose (CMC) have high elasticity and can maintain the structure even when the electrode expands and contracts, and can improve cycle durability.

また、ポリイミド樹脂は、集電体との密着性に優れ、充放電時の体積変化が緩和されて、サイクル耐久性を向上させることができる。特に、芳香族ポリイミド樹脂は耐溶剤性に優れ、集電体からの剥離を防止することができる。   In addition, the polyimide resin is excellent in adhesiveness with the current collector, and the volume change at the time of charging / discharging is relaxed, and the cycle durability can be improved. In particular, the aromatic polyimide resin has excellent solvent resistance and can prevent peeling from the current collector.

負極活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは負極活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%であり、さらに好ましくは2〜5質量%である。   The amount of the binder contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited as long as it can bind the active material, but it is preferably 0.5 to 15 mass with respect to the negative electrode active material layer. %, More preferably 1 to 10% by mass, and still more preferably 2 to 5% by mass.

負極活物質層中に含まれるバインダ量が上記範囲内であれば、集電体との界面に適度な量のバインダが存在し得ることができる。そのため、外部から振動が加わり、活物質層にずれが生じたとしても凝集破壊を生じさせることなく、密着性、耐剥離性、耐振動性を発現させることができる。
また、バインダ量が多すぎると電池の抵抗を増加させてしまう。したがって、負極活物質層中に含まれるバインダ量を上記範囲内とすることにより、活物質を効率よく結着することができ、上記した本発明の効果、すなわち、均質な皮膜形成により、エネルギー密度と、良好なサイクル耐久性とをより一層向上することができる。
If the amount of the binder contained in the negative electrode active material layer is within the above range, an appropriate amount of the binder can be present at the interface with the current collector. Therefore, even when vibration is applied from the outside and the active material layer is displaced, adhesion, peel resistance, and vibration resistance can be exhibited without causing cohesive failure.
Moreover, when there is too much binder amount, the resistance of a battery will be increased. Therefore, by setting the amount of the binder contained in the negative electrode active material layer within the above range, the active material can be efficiently bound, and the energy density can be obtained by the effect of the present invention described above, that is, by forming a uniform film. And good cycle durability can be further improved.

(3)導電助剤
上記導電助剤は、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物である。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。
(3) Conductive auxiliary agent The said conductive auxiliary agent is an additive mix | blended in order to improve the electroconductivity of a positive electrode active material layer or a negative electrode active material layer. Examples of the conductive aid include carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and carbon fiber.

負極活物質層が導電助剤を含むことで、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。   When the negative electrode active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.

負極活物質層に含まれる導電助剤(アセチレンブラック等の鎖状または繊維系の導電助剤)の平均粒子径は、特に制限されないが、好ましくは20〜70μmの範囲である。
上記範囲内であれば、Si活物質の充放電による膨張収縮に追従することができるため、常時3次元の導電性ネットワークを保持することができ、電池性能の向上を図ることができる点で優れている。
The average particle diameter of the conductive additive (chain or fibrous conductive additive such as acetylene black) contained in the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably in the range of 20 to 70 μm.
If it is within the above range, it can follow the expansion and contraction due to charging / discharging of the Si active material, so that it can maintain a three-dimensional conductive network at all times and is excellent in that the battery performance can be improved. ing.

(4)リチウム塩
電解質塩(リチウム塩)としては、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO等が挙げられる。
(4) Lithium salt Examples of the electrolyte salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 and the like.

(5)イオン伝導性ポリマー
イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。
(5) Ion conductive polymer Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.

(6)集電体
上記集電体は、その一方の面または両面に活物質層が配置される。
集電体を構成する材料としては、例えば、金属、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された導電性を有する樹脂が採用されうる。好適には金属が用いられる。
(6) Current collector The current collector has an active material layer disposed on one surface or both surfaces thereof.
As a material constituting the current collector, for example, a conductive resin in which a conductive filler is added to a metal, a conductive polymer material, or a non-conductive polymer material may be employed. A metal is preferably used.

上記金属としては、例えば、アルミニウム、銅、白金、ニッケル、タンタル、チタン、鉄、ステンレス鋼、その他合金などが挙げられる。   Examples of the metal include aluminum, copper, platinum, nickel, tantalum, titanium, iron, stainless steel, and other alloys.

導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。
上記導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。
Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole.
Since the conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.

上記非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE))、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、およびポリスチレン(PS)などが挙げられる。
上記非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有する。
Examples of the non-conductive polymer material include polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE)), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), and polyimide. (PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), and polystyrene (PS).
The non-conductive polymer material has excellent potential resistance or solvent resistance.

上記非導電性高分子材料、又は必要に応じて導電性高分子材料に添加される導電性フィラーとしては、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。   As the non-conductive polymer material or the conductive filler added to the conductive polymer material as required, any conductive material can be used without particular limitation.

例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。   For example, metals, conductive carbon, etc. are mentioned as a material excellent in electroconductivity, electric potential resistance, or lithium ion barrier | blocking property.

上記金属としては、特に制限されないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。   The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or these metals It is preferable to contain an alloy or metal oxide containing.

また、上記導電性カーボンとしては、特に制限されないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。   The conductive carbon is not particularly limited, but at least selected from the group consisting of acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It is preferable that 1 type is included.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。   The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it is an amount capable of imparting sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.

集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。   The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires a high energy density, a current collector having a large area is used.

集電体の厚さについても特に制限はないが、好ましくは1〜100μm、より好ましくは3〜80μm、さらに好ましくは5〜40μmである。   Although there is no restriction | limiting in particular also about the thickness of an electrical power collector, Preferably it is 1-100 micrometers, More preferably, it is 3-80 micrometers, More preferably, it is 5-40 micrometers.

また、双極型でない電池の場合には、複数の貫通孔を有する集電体を用いることができる。複数の貫通孔を有する集電体を用いることで、電池の重量を有意に減少させることができ、高密度化することができる。
上記複数の貫通孔を有する集電体としては、パンチングメタルシートやエキスパンドメタルシート等を挙げることができる。
In the case of a battery that is not a bipolar type, a current collector having a plurality of through holes can be used. By using a current collector having a plurality of through holes, the weight of the battery can be significantly reduced and the density can be increased.
Examples of the current collector having the plurality of through holes include a punching metal sheet and an expanded metal sheet.

<正極電極>
正極電極は、集電体表面に正極活物質層を形成したものであり、正極活物質層はバインダによって集電体に結着される。上記正極活物質層は、必要に応じて、導電助剤、リチウム塩、イオン伝導性ポリマー等、その他の添加剤をさらに含んでもよい。
<Positive electrode>
The positive electrode is obtained by forming a positive electrode active material layer on the current collector surface, and the positive electrode active material layer is bound to the current collector by a binder. The positive electrode active material layer may further contain other additives such as a conductive additive, a lithium salt, and an ion conductive polymer as necessary.

(1)正極活物質
上記正極活物質としては、リチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などを挙げることができ、これらは2種以上が併用されてもよい。
(1) Positive electrode active material Examples of the positive electrode active material include a lithium-transition metal composite oxide, a lithium-transition metal phosphate compound, a lithium-transition metal sulfate compound, and the like. May be.

なかでも、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましく、さらに、Li(Ni−Mn−Co)O、及び該Li(Ni−Mn−Co)Oの遷移金属の一部が他の元素により置換された下記一般式(1)で表されるもの(以下、単に「NMC複合酸化物」ということがある。)が好ましい。 Among these, from the viewpoint of capacity and output characteristics, lithium-transition metal composite oxides are preferable. Further, Li (Ni—Mn—Co) O 2 and the transition metal of Li (Ni—Mn—Co) O 2 are preferable. Those represented by the following general formula (1) partially substituted by other elements (hereinafter, sometimes simply referred to as “NMC composite oxide”) are preferable.

Figure 0006570919
(但し、式中、aは、Liの原子比を表し、bは、Niの原子比を表し、cは、Mnの原子比を表し、dは、Coの原子比を表し、xは、Mの原子比を表し、
上記a、b、c、d、xは、
0.9≦a≦1.2
0<b<1
0<c≦0.5
0<d≦0.5
0≦x≦0.3
b+c+d=1を満たす。
MはTi、Zr、Nb、W、P、Al、Mg、V、Ca、Sr、Crから選ばれる元素で少なくとも1種類である)
Figure 0006570919
(Wherein, a represents the atomic ratio of Li, b represents the atomic ratio of Ni, c represents the atomic ratio of Mn, d represents the atomic ratio of Co, and x represents M Represents the atomic ratio of
The above a, b, c, d, x are
0.9 ≦ a ≦ 1.2
0 <b <1
0 <c ≦ 0.5
0 <d ≦ 0.5
0 ≦ x ≦ 0.3
b + c + d = 1 is satisfied.
M is at least one element selected from Ti, Zr, Nb, W, P, Al, Mg, V, Ca, Sr, and Cr)

上記NMC複合酸化物は、リチウム原子層と遷移金属(Mn、NiおよびCoが秩序正しく配置された)原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層状結晶構造を持つ。遷移金属の1原子あたり、1個のLi原子が含まれており、取り出せるLi量が、スピネル系リチウムマンガン酸化物の2倍、つまりLi供給能力が2倍であるため、高い容量を持つことができる。
なお、各元素の組成は、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法により測定できる。
The NMC composite oxide has a layered crystal structure in which lithium atomic layers and transition metal (Mn, Ni, and Co are arranged in order) atomic layers are alternately stacked via oxygen atomic layers. One atom of transition metal contains one Li atom, and the amount of Li that can be taken out is twice that of spinel-based lithium manganese oxide, that is, the Li supply capacity is twice, so that it has a high capacity. it can.
The composition of each element can be measured by, for example, inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry.

正極活物質層に含まれる正極活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜20μmである。   The average particle size of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output.

(2)バインダ
正極活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されず、上記負極電極と同様なものを使用できる。
(2) Binder The binder used for the positive electrode active material layer is not particularly limited, and the same binder as the negative electrode can be used.

正極活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは正極活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、好ましくは1〜10質量%であり、より好ましくは2〜6質量%の範囲である。   The amount of the binder contained in the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but is preferably 0.5 to 15 mass with respect to the positive electrode active material layer. %, Preferably 1 to 10% by mass, more preferably 2 to 6% by mass.

バインダ以外のその他の添加剤については、上記負極活物質層の欄と同様のものを用いることができる。   About other additives other than a binder, the thing similar to the column of the said negative electrode active material layer can be used.

<非水電解液>
非水電解液は、リチウム塩を有機溶媒に溶解させたものであり、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。
<Non-aqueous electrolyte>
The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent, and has a function as a lithium ion carrier.

上記リチウム塩としては、Li(CFSON、Li(CSON、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiCFSO等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。 As the lithium salt, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiCF 3 SO 3 or the like of the electrode A compound that can be added to the active material layer can be similarly employed.

また、上記有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類を挙げることできる。   Examples of the organic solvent include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), fluoroethylene carbonate (FEC), and ethyl methyl carbonate. I can.

上記非水電解液は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に注入されていてもよい。
マトリックスポリマーに注入されることで、非水電解液の流動性が低下し、各層間のイオン伝導性を遮断することが容易になる。
また、マトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。
The non-aqueous electrolyte may be injected into a matrix polymer (host polymer) made of an ion conductive polymer.
By being injected into the matrix polymer, the fluidity of the non-aqueous electrolyte is lowered, and it becomes easy to block the ion conductivity between the layers.
Moreover, the matrix polymer can express the outstanding mechanical strength by forming a crosslinked structure.

上記イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、およびこれらの共重合体等が挙げられる。   Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof.

<セパレータ>
セパレータは、非水電解液を保持し、正極−負極間のリチウムイオン伝導性を確保すると共に、正極と負極との短絡を防ぐ隔壁としての機能を有する。
<Separator>
The separator has a function as a partition that holds the non-aqueous electrolyte, ensures lithium ion conductivity between the positive electrode and the negative electrode, and prevents a short circuit between the positive electrode and the negative electrode.

上記セパレータとしては、例えば、非水電解液を吸収し保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。   Examples of the separator include a porous sheet separator and a nonwoven fabric separator made of a polymer or fiber that absorbs and holds a non-aqueous electrolyte.

上記ポリマーないし繊維からなる多孔性シートのセパレータとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン;これらを複数積層した積層体(例えば、PP/PE/PPの3層構造をした積層体など)、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVdF−HFP)等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質(微多孔膜)セパレータが挙げられる。   Examples of the separator for the porous sheet made of the above-described polymer or fiber include polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); a laminate in which a plurality of these are laminated (for example, a three-layer structure of PP / PE / PP) Laminates, etc.), hydrocarbons such as polyimide, aramid, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP), and microporous (microporous membrane) separators made of glass fibers.

上記不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル;PP、PEなどのポリオレフィン;ポリイミド、アラミド等、従来公知のものを、単独または混合して用いることができる。   As said nonwoven fabric separator, conventionally well-known things, such as cotton, rayon, acetate, nylon, polyester; Polyolefins, such as PP and PE; Polyimide, Aramid, etc. can be used individually or in mixture.

上記セパレータの厚みとしては、使用用途等にもよるが、例えば、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、4〜60μmであることが望ましく、単層構成でも多層構成であってもよい。   The thickness of the separator depends on the use application, but for example, in applications such as secondary batteries for driving motors such as electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and fuel cell vehicles (FCV), It is desirable that it is 4-60 micrometers, and a single layer structure or a multilayer structure may be sufficient.

<電池外装体>
上記電池外装体は、その内部に発電要素を封入する部材であり、発電要素を覆うことができる袋状のケースであり、ラミネートフィルムが用いられる。
<Battery exterior>
The said battery exterior body is a member which encloses an electric power generation element in the inside, is a bag-like case which can cover an electric power generation element, and a laminate film is used.

上記ラミネートフィルムとしては、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができる。
上記ラミネートフィルムにより、エネルギー密度を高くすることができる。
As the laminate film, for example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used.
The laminated film can increase the energy density.

以下、実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに何ら限定されるわけではない。   Hereinafter, although it demonstrates still in detail using an Example and a comparative example, this invention is not necessarily limited to the following Examples at all.

[比較例1]
(負極電極の作製)
Si−Ti合金をメカニカルアロイ法により作製した。
具体的には、Si原料80wt%と、Ti原料20wt%とをジルコニア製粉砕ポットに投入し、これにジルコニア製粉砕ボールを加えて、遊星ボールミル装置(ドイツ フリッチュ社製:P−6)を用いて、600rpmで混合し、24時間かけて合金化させた。
その後400rpmで1時間、粉砕処理を行い、Si−Ti合金粉末を得た。
得られたSi−Ti合金粉末の平均粒子径(二次粒子径の平均粒子径)は8μmであり、BET比表面積は14m/gであった。
[Comparative Example 1]
(Preparation of negative electrode)
A Si—Ti alloy was produced by a mechanical alloy method.
Specifically, 80 wt% Si raw material and 20 wt% Ti raw material are put into a zirconia crushing pot, zirconia crushing balls are added to this, and a planetary ball mill apparatus (manufactured by German company Frichtu: P-6) is used. And mixed at 600 rpm and alloyed for 24 hours.
Thereafter, pulverization was performed at 400 rpm for 1 hour to obtain a Si—Ti alloy powder.
The obtained Si—Ti alloy powder had an average particle size (average particle size of secondary particle size) of 8 μm and a BET specific surface area of 14 m 2 / g.

上記Si−Ti合金粉末19.2wt%、黒鉛粉末(平均粒子径20μm、BET比表面積4m/g)76.8wt%、アセチレンブラック(導電助剤:平均粒子径50nm)1wt%、及び水系バインダ(SBR/CMC=2/1)3wt%を、水に加え混合して負極スラリを作製した。
上記負極スラリを銅箔(厚さ10μm)の両面に塗布し、130℃にて24時間乾燥して負極電極を作製した。
19.2 wt% of the Si-Ti alloy powder, graphite powder (average particle size 20 μm, BET specific surface area 4 m 2 / g) 76.8 wt%, acetylene black (conducting aid: average particle size 50 nm) 1 wt%, and aqueous binder (SBR / CMC = 2/1) 3 wt% was added to water and mixed to prepare a negative electrode slurry.
The negative electrode slurry was applied to both sides of a copper foil (thickness 10 μm) and dried at 130 ° C. for 24 hours to produce a negative electrode.

(正極電極の作製)
リチウム−遷移金属硫酸化合物(Li1.85Ni0.18Co0.10Mn0.87:平均粒子径20μm)90wt%、アセチレンブラック(導電助剤:平均粒子径50nm)5wt%、及び、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)5wt%を、N−メチルピロリドンに加え、混合して、正極スラリを作製した。
上記正極スラリをアルミニウム箔(厚さ15μm)の両面に塗布し、十分に乾燥させて、厚さが50μmの正極活物質層を形成して正極電極を作製した。
(Preparation of positive electrode)
Lithium-transition metal sulfate compound (Li 1.85 Ni 0.18 Co 0.10 Mn 0.87 O 3 : average particle size 20 μm) 90 wt%, acetylene black (conducting aid: average particle size 50 nm) 5 wt%, and Polyvinylidene fluoride (PVDF) 5 wt% was added to N-methylpyrrolidone and mixed to prepare a positive electrode slurry.
The positive electrode slurry was applied to both surfaces of an aluminum foil (thickness: 15 μm) and sufficiently dried to form a positive electrode active material layer having a thickness of 50 μm to produce a positive electrode.

(非水電解液の作製)
エチレンカーボネート(EC)と、ジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(重量比=1:2)にリチウム塩(LiPF)を添加し、1MのLiPFの非水電界液を作製した。
ここで、「1.0MのLiPF」とは、上記溶媒および上記リチウム塩の混合物(電解液)におけるリチウム塩(LiPF)濃度が1Mであるという意味である。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
A lithium salt (LiPF 6 ) was added to a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (weight ratio = 1: 2) to prepare a 1M LiPF 6 nonaqueous electric field solution.
Here, “1.0M LiPF 6 ” means that the lithium salt (LiPF 6 ) concentration in the mixture (electrolytic solution) of the solvent and the lithium salt is 1M.

(電池の作製)
上記正極電極の正極活物質層と、上記負極電極の負極活物質とをセパレータ(ポリプロピレン製微多孔膜:厚さ20μm:空隙率30%)を挟んで対向させ、負極電極と正極電極とが交互に積層した、負極電極を3層、正極電極を2層有する発電要素を作製した。
なお、上記発電要素は、両端面に対向する正極活物質層を持たない正極非対向負極活物質層を有する。
(Production of battery)
The positive electrode active material layer of the positive electrode and the negative electrode active material of the negative electrode are opposed to each other with a separator (polypropylene microporous film: thickness 20 μm: porosity 30%), and the negative electrode and the positive electrode are alternately arranged. A power generation element having three layers of negative electrodes and two layers of positive electrodes was fabricated.
In addition, the said electric power generation element has a positive electrode non-opposing negative electrode active material layer which does not have a positive electrode active material layer which opposes both end surfaces.

上記発電要素の正極電極と負極電極のそれぞれにタブを溶接し、セル容器(アルミラミネートフィルム製)内に配置し、上記非水電解液を真空中液して密閉し、リチウムイオン二次電池を得た。   A tab is welded to each of the positive electrode and the negative electrode of the power generation element, placed in a cell container (made of an aluminum laminate film), the non-aqueous electrolyte is liquid-sealed in a vacuum, and a lithium ion secondary battery is sealed. Obtained.

[実施例1]
上記発電要素の正極活物質層を持たない正極非対向面の負極活物質層を以下の条件でフッ素プラズマ処理すること以外は、比較例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
装置 :株式会社魁半導体製:YHS−G
処理時間:3秒
反応ガス:フッ素(F)99.999%
反応圧力:100Pa
[Example 1]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the negative electrode active material layer on the non-positive electrode facing surface that did not have the positive electrode active material layer of the power generation element was treated with fluorine plasma under the following conditions.
Equipment: Sakai Semiconductor Co., Ltd .: YHS-G
Treatment time: 3 seconds Reactive gas: Fluorine (F 2 ) 99.999%
Reaction pressure: 100 Pa

[実施例2]
フッ素プラズマ処理の反応ガスを、四フッ化炭素(CF)に代える他は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 2]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the reactive gas for the fluorine plasma treatment was changed to carbon tetrafluoride (CF 4 ).

[実施例3]
フッ素プラズマ処理の処理時間を、5秒に代える他は実施例2と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 3]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the treatment time of the fluorine plasma treatment was changed to 5 seconds.

[実施例4]
フッ素プラズマ処理の反応圧力を、10Paに代える他は実施例3と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 4]
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 3 except that the reaction pressure of the fluorine plasma treatment was changed to 10 Pa.

[実施例5]
上記発電要素の最外層に位置する2枚の負極電極の正極非対向負極活物質層の全面に厚さ30μmのポリイミドフィルム(カプトンテープ(登録商標))を張り付けたこと以外は比較例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 5]
The same as Comparative Example 1 except that a polyimide film (Kapton tape (registered trademark)) having a thickness of 30 μm was attached to the entire surface of the positive electrode non-opposing negative electrode active material layer of the two negative electrodes located in the outermost layer of the power generation element. Thus, a lithium ion secondary battery was produced.

[評価]
上記リチウムイオン二次電池の負極活物質層の非水電解液に対する接触角、及び、電池特性を下記の方法により評価した。評価結果を表2に示す。
[Evaluation]
The contact angle of the negative electrode active material layer of the lithium ion secondary battery with respect to the non-aqueous electrolyte and the battery characteristics were evaluated by the following methods. The evaluation results are shown in Table 2.

(接触角の測定)
上記正極非対向負極活物質層及び負極活物質層の上記非水電解液に対する接触角を測定した。
接触角の測定は、自動極小接触角計(協和界面科学(株)製: MCA−3)を使用し、1μLの上記非水電解液を滴下し、30秒経過後の接触角を測定した。
上記測定を5回行い、平均値を接触角とした。
(Measurement of contact angle)
The contact angles of the positive electrode non-opposing negative electrode active material layer and the negative electrode active material layer with respect to the non-aqueous electrolyte solution were measured.
The contact angle was measured using an automatic minimum contact angle meter (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd .: MCA-3), 1 μL of the non-aqueous electrolyte was dropped, and the contact angle after 30 seconds was measured.
The said measurement was performed 5 times and the average value was made into the contact angle.

(電池特性の評価)
上記リチウムイオン二次電池を27℃の温度の恒温槽中で充放電させ、充放電試験機(北斗電工株式会社製:HJ0501SM8A)により、電池特性を評価した。
具体的には、2.5mAで4.2Vまで定電流・定電圧モードで充電し、2.5mA相当にて、4.2Vから2.5Vまで定電流モードで放電して前処理を行った。
その後、電流値を12.5mAまで上げて、充電(負極活物質層へのLi挿入過程)した後、放電(上記負極活物質層からのLi脱離過程)を行う充放電サイクル、すなわち、電流値が12.5mAでの充放電サイクルを1サイクルとし、これを100回繰り返し、100サイクル目の放電容量維持率を測定した。
(Evaluation of battery characteristics)
The lithium ion secondary battery was charged and discharged in a constant temperature bath at 27 ° C., and the battery characteristics were evaluated by a charge / discharge tester (Hokuto Denko Co., Ltd .: HJ0501SM8A).
Specifically, it was charged in constant current / constant voltage mode at 2.5 mA up to 4.2 V, and pretreated by discharging in constant current mode from 4.2 V to 2.5 V at 2.5 mA equivalent. .
Thereafter, the current value is increased to 12.5 mA, and charging (Li insertion process into the negative electrode active material layer) is performed, and then discharge (Li desorption process from the negative electrode active material layer) is performed. The charge / discharge cycle at a value of 12.5 mA was defined as 1 cycle, and this was repeated 100 times, and the discharge capacity retention rate at the 100th cycle was measured.

上記「放電容量維持率(%)」は、1サイクル目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量であり、下記式(2)によって計算される。   The “discharge capacity retention rate (%)” is the discharge capacity at the 100th cycle relative to the discharge capacity at the first cycle, and is calculated by the following equation (2).

Figure 0006570919
Figure 0006570919

また、1サイクル目の放電容量を、セル外装を含む体積量で割って体積エネルギー密度(mAh/cc)を算出し、比較例1のリチウムイオン二次電池の体積エネルギー密度を100%として、実施例のリチウムイオン二次電池の体積エネルギー密度を算出した。   Further, the discharge energy at the first cycle was divided by the volume including the cell exterior to calculate the volume energy density (mAh / cc), and the volume energy density of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was set to 100%. The volume energy density of the example lithium ion secondary battery was calculated.

Figure 0006570919
Figure 0006570919

実施例1〜4のリチウムイオン二次電池は、正極非対向面の負極活物質層をフッ素プラズマ処理し、電解液忌避層を形成することで、電解液忌避層を形成しなかった比較例1に比して、1サイクル目の放電容量及び放電維持率が向上した。
また、上記評価結果より、反応ガスにCFを使用し、反応ガス圧を下げ、処理時間を長くすることで、電池性能への効果も増大することが分かる。
実施例5は、正極非対向面の負極活物質層をテープで覆うことで、比較例1よりも放電維持率が向上したが、テープ分の体積増加により、1サイクル目の放電容量が低下した。
また、実施例5は実施例1〜4よりも、放電維持率が低い。これは、正極非対向負極活物質層の端面まで完全に覆うことができず、非水電解液との接触が生じたため、及び、粘着剤が非水電解液に溶解したためであると考えられる。
Comparative Examples 1 in which the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 4 did not form the electrolyte repellent layer by treating the negative electrode active material layer on the non-positive electrode facing surface with fluorine plasma to form the electrolyte repellent layer Compared to the above, the discharge capacity and the discharge maintenance ratio in the first cycle were improved.
From the above evaluation results, it can be seen that the effect on the battery performance is increased by using CF 4 as the reaction gas, lowering the reaction gas pressure, and increasing the treatment time.
In Example 5, the negative electrode active material layer on the non-positive electrode non-facing surface was covered with a tape, so that the discharge maintenance ratio was improved as compared with Comparative Example 1. However, the discharge capacity at the first cycle was reduced due to the increase in the volume of the tape. .
Moreover, Example 5 has a discharge maintenance rate lower than Examples 1-4. This is considered to be because the end face of the positive electrode non-opposing negative electrode active material layer could not be completely covered, contact with the non-aqueous electrolyte occurred, and the adhesive was dissolved in the non-aqueous electrolyte.

1 積層型リチウムイオン二次電池
10 発電要素
11 セパレータ
12 正極電極
121 正極集電体
122 正極活物質層
123 正極タブ
13 負極電極
131 負極集電体
132 負極活物質層
133 負極タブ
134 電解液忌避層
14 非水電解液
20 電池外装体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stacked type lithium ion secondary battery 10 Power generation element 11 Separator 12 Positive electrode 121 Positive electrode current collector 122 Positive electrode active material layer 123 Positive electrode tab 13 Negative electrode 131 Negative electrode current collector 132 Negative electrode active material layer 133 Negative electrode tab 134 Electrolyte repellent layer 14 Non-aqueous electrolyte 20 Battery exterior body

Claims (3)

負極活物質層を有する負極電極と、該負極活物質層と対向する正極活物質層を有する正極電極と、非水電解液とを備えるリチウムイオン二次電池であって、
上記負極活物質が珪素を0.5〜15質量%含むものであり、
上記非水電解液が、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの重量比が1:2の混合溶媒を含み
上記負極電極が、対向する正極活物質層を持たない正極非対向面にも負極活物質層を備え、
上記正極非対向面の負極活物質層が、上記非水電解液に対する接触角が25°以上である電解液忌避層を備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising a negative electrode having a negative electrode active material layer, a positive electrode having a positive electrode active material layer facing the negative electrode active material layer, and a non-aqueous electrolyte,
The negative electrode active material contains 0.5 to 15% by mass of silicon,
The non-aqueous electrolyte contains a mixed solvent having a weight ratio of ethylene carbonate to diethyl carbonate of 1: 2 .
The negative electrode includes a negative electrode active material layer on a positive electrode non-facing surface that does not have a positive electrode active material layer facing the negative electrode,
The lithium ion secondary battery, wherein the negative electrode active material layer on the non-facing surface of the positive electrode includes an electrolyte repellent layer having a contact angle with respect to the nonaqueous electrolyte of 25 ° or more .
上記電解液忌避層が、フッ素含有基を有するものであることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the electrolyte repellent layer has a fluorine-containing group. 上記負極活物質層が、フッ素ガス又はCF ガスでフッ素プラズマ処理されたものであることを特徴とする請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。 3. The lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the negative electrode active material layer has been subjected to fluorine plasma treatment with fluorine gas or CF 4 gas .
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